Защитные покрытия как фактор обеспечения гидравлических и прочностных показателей водопроводных и водоотводящих трубопроводов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.04, кандидат наук Аверкеев, Илья Алексеевич

• Аверкеев, Илья Алексеевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Аверкеев, Илья Алексеевич

Введение........................................................................................................................5

Глава 1. Анализ мирового опыта применения защитных покрытий для бестраншейной реновации напорных трубопроводов водоснабжения и водоотведения............................................................................................................15

1.1 Покрытия, наносимые набрызговым методом..............................................16

1.1.1 Цементно-песчаные покрытия.................................................................16

1.1.2 Быстроотверждаемое полимерное покрытие Б^сЫоЛе 169НВ...........20

1.2 Сплошные покрытия в виде полимерных труб и рукавов............................26

1.2.1 Протаскивание гибкой, предварительно сжатой полимерной трубы (8луа§е1кшщ).........................................................................................................26

1.2.2 Протаскивание гибкой сложенной (и-образной) трубы (8Нр1тш§).....27

1.2.3 Использование гибких сегментов с зубчатой скрепляющей структурой (ТгоИкшщ)............................................................................................................29

1.2.4 Использование гибкого комплексного полимерного рукава (чулка) ...30

1.3 Навивочные (ленточные) покрытия................................................................35

1.4 Местные (точечные) покрытия........................................................................37

1.5 Оценка проведенного анализа и выбор наиболее перспективных защитных покрытий в качестве объектов прочностного и гидравлического исследований. Постановка задачи исследований................................................38

1.6 Краткие выводы по главе 1..............................................................................40

Глава 2. Определение физико-механических характеристик набрызгового покрытия 8со1сЫ«Ле 169НВ с помощью лабораторных испытаний на универсальной электромеханической разрывной машине. Анализ и обработка полученных данных...................................................................................................42

2.1 Анализ известных общих физико-механических характеристик покрытия ЗаЛсИкхЛе 169НВ. Причины поиска уточненных характеристик......................42

2.2 Методика проведения механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей на разрывной машине..............................43

2.3 Анализ полученных в результате эксперимента данных. Сопоставление экспериментальных данных с данными, указанными производителем покрытия..................................................................................................................48

2.4 Краткие выводы по главе 2..............................................................................57

3.1 Создание и исследование прочностной модели двухслойной трубной конструкции со сквозным дефектом (свищем) стального напорного трубопровода в системе конечно-элементного анализа Ansys..........................58

3.2 Проведение прочностных расчётов двухслойной конструкции при профилактическом ремонте трубопроводов без сквозных дефектов на специальных автоматизированных программных комплексах Resource и Rukav........................................................................................................................72

3.3 Разработка метода подбора необходимого типа защитного покрытия и его толщины для реновации труб различной степени поврежденности и воздействия внешних факторов............................................................................83

3.4 Краткие выводы по главе 3..............................................................................85

Глава 4. Проведение стендовых гидравлических испытаний на напорных трубопроводах с набрызговым покрытием Scotchkote 169НВ..............................86

4.1 Краткие сведения о гидравлическом расчете напорных трубопроводов ...86

4.2 Описание опытной установки. Методика проведения натурных исследований...........................................................................................................89

4.3 Интерпретация полученных результатов и их практическое использование.........................................................................................................93

4.4 Краткие выводы по главе 4............................................................................106

Глава 5. Проведение гидравлического моделирования на реальной водопроводной сети города с учетом обеспечения требуемого пожарного расхода и уменьшения диаметра труб...................................................................107

5.1 Актуальность вопросов бестраншейной реновации защитными покрытиями в условиях сокращения водопотребления в городах..................107

5.2 Исследование изменения гидравлических характеристик на реальном

объекте водопроводной сети города на различные случаи пожарного расхода (внутреннего и наружного) при сквозном изменении внутреннего диаметра

трубопроводов при нанесении защитного покрытия 8со1сЬко1е 169НВ и защитного полимерного рукава...........................................................................109

5.3 Технико-экономический эффект бестраншейной реновации трубопроводов систем водоснабжения путем уменьшения их диаметров при соблюдении норм на пожаротушение................................................................129

5.4 Краткие выводы по главе 5............................................................................137

Общие выводы..........................................................................................................138

Список литературы..................................................................................................141

Приложения..............................................................................................................149

Приложение А.......................................................................................................150

Приложение Б........................................................................................................155

Приложение В.......................................................................................................157

Актуальность работы. Эффективность работы систем водоснабжения городов во многом определяется техническим состоянием трубопроводных сетей. Текущее положение таково, что около 70% инженерных трубопроводных коммуникаций в РФ находятся в неудовлетворительном состоянии [21]. Аварийность городских сетей водоснабжения за последнее десятилетие возросла практически в 5 раз и составляет в среднем по РФ порядка 70 случаев на 100 км трубопроводов [21].

Предупреждение старения подземных трубопроводов систем водоснабжения путём их оперативной реновации и модернизации с использованием новых защитных ремонтных материалов, локализующих разнообразные дефекты и позволяющих значительно продлить срок службы трубопроводов, является одним из наиболее актуальных мероприятий водоканалов по обеспечению эффективности и надёжности работы систем водоснабжения городов и населённых пунктов [66]. Аналогичные проблемы и способы их решения характерны и для напорных сетей водоотведения.

Используемые в качестве ремонтных материалов внутренние защитные покрытия трубопроводов помимо выполнения ими функций надёжного барьера между транспортируемой средой и окружающим пространством позволяют обеспечить повышение прочности трубной конструкции и улучшить их гидравлические характеристики.

В условиях ярко выраженной мировой тенденции значительного снижения водопотребления в городах (например, в Москве до 160 л/чел в сутки) по причине вывода промышленных объектов за пределы городов (из-за их нерентабельности или необходимости сохранения нормальной экологической среды в регионе), проведения мероприятий по экономии питьевой и технической воды, рационализации водопользования и т.д., скорости в распределительных сетях объединенных систем хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения резко снижаются (до 0,1-0,3 м/с), что

негативно отражается на органолептических характеристиках транспортируемой воды, увеличивая время её пребывания в системе. В данной ситуации применение внутренних защитных покрытий, приводящих к сужению диаметров участков трубопроводов, можно рассматривать как одно из эффективных мероприятий повышения скоростей течения воды в распределительной сети при условии обеспечения требуемых противопожарных расходов [37].

Внутренние защитные покрытия являются эффективным средством устранения многих типов дефектов металлических и неметаллических труб, среди которых можно выделить две основные категории: механические и коррозионные [21]. К механическим следует отнести: трещины и сколы на раструбах труб; кольцевые или круглые трещины и свищи, более характерные для малого диаметра труб; продольные и спиралевидные трещины, которые могут разрываться. Продольные трещины возникают вследствие разломов под действием внешних нагрузок или чрезмерного внутреннего давления, спиралевидные характерны для труб большого диаметра.

На коррозионную устойчивость трубопровода, а соответственно и на срок его службы влияет множество факторов, среди которых можно отметить: качество стали; наличие коррозионной защиты; толщина стенки трубы; наличие защитной внешней облицовки или покрытия; использование соответствующих материалов и технологий засыпки траншеи; величина рН, щелочность воды, а также тип и доза дезинфицирующего средства в воде; тип бактерий, присутствующих в биологической пленке на внутренней поверхности трубопровода; скорость течения воды [21].

На основе опыта эксплуатации Московского водопровода, установлено, что наиболее распространенным дефектом стальных трубопроводов водопроводных сетей является образования сквозных проржавлений - свищей (около 67% общего количества повреждений). На чугунных трубопроводах основными причинами возникновения аварийных ситуаций является нарушения герметичности раструбных соединений (12%) и переломы труб (16%) [60]. Основными объектами образования различного рода дефектов

являются трубопроводы на вводах промышленных предприятий и домовые вводы диаметром до 200 мм. На данных сетях сосредоточено порядка 75% всех повреждений трубопроводов. Причинами возникновения дефектов зачастую являются такие факторы как: износ труб, низкое качество материала, избыточные напоры, а также внутренняя и наружная коррозии [62].

Можно говорить о том, что текущая ситуация с состоянием подземных трубопроводов водоснабжения и напорного водоотведения в стране требует эффективного решения в области реконструкции и реновации коммунальных

трубппрпиплнкту—сетей-Однако применение традиционных способов

реконструкции трубопроводов (с отрывом траншеи и полной заменой аварийного трубопровода) при современной большой плотности подземных инженерных коммуникаций и застройки территорий в крупных городах РФ трудно реализуемо и потребует существенных финансовых и трудовых затрат, при этом серьезно затрудняя повседневную жизнь населения.

Поэтому в сфере реконструкции трубопроводов целесообразно использовать новые бестраншейные технологии реновации труб, которые активно развиваются в последние десятилетия. Это направление является весомой альтернативой открытому способу реконструкции инженерных сетей, где используется широкий спектр внутренних защитных покрытий. Бестраншейные технологии ремонта наряду с оперативностью и экономичностью (по сравнению с традиционными методами реконструкции) позволяют не нарушать сложившуюся градостроительную и экологическую обстановку [48, 62].

Одним из основных способов восстановления трубопроводов является нанесение различных защитных покрытий на его внутреннюю стенку. Нанесение покрытия может производиться набрызговым методом, протягиванием сплошных оболочек (рукавов, чулков), использования навивочных (ленточных) методов, а также с помощью точечного ремонта трубопроводов, например, установкой специальных бандажей.

В настоящий момент на Московском водопроводе защищена внутренняя поверхность порядка 9% трубопроводов, при этом протяженность участков

сети, восстановленных защитными покрытиями, составляет более 2% от всей протяженности стальных трубопроводов [62].

Результаты экспериментальных исследований последних лет, проводимых на водопроводных сетях, показывают, что аварийность до восстановления на водопроводных сетях составляла 68%, а после реновации уже 27%. В то же время, на уже восстановленных участках аварийность не превышала 5%. Опыт эксплуатации Московского водопровода также свидетельствует, что одними из приоритетных участков реновации сетей должны являться трубы диаметром 300 и 400 мм, поскольку эффект от санации по снижению аварийности на данных трубопроводах наибольший [62].

Передовыми методами бестраншейной реновации трубопроводов в широкой гамме диаметров являются методы нанесения на внутреннюю поверхность трубы защитного полимерного покрытия с помощью набрызгового метода или с помощью протягивания полимерного рукава (чулка) [28, 55]. Применение данных методов реновации трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения связано с рассмотрением широкого спектра факторов последующей эксплуатации сетей при данных местных исходных условиях. Нанесение слоя защитного полимерного покрытия на внутреннюю стенку трубопроводов ведет к уменьшению диаметра трубопровода, при этом изменяются и гидравлические характеристики восстанавливаемой ветки трубопровода [26, 34, 37]. В то же время нужно отметить, что, например, в Москве, наблюдается тенденция к снижению среднего водопотребления на одного человека в сутки, что ведет к уменьшению расхода, протекающего по трубам водопроводной сети города, а соответственно и существенному снижению скоростей в сетях водоснабжения и водоотведения [37, 42]. Важным фактором является прочностная составляющая новой двухслойной конструкции («труба + защитное покрытие»). Для её оценки важно определить характер поведения защитного покрытия в зоне дефекта трубопровода при воздействии как внутренних негативных фактором (к примеру: избыточное давление), так и внешних (давление от грунта и грунтовых вод) [29, 32, 41]. Также важно учитывать вопросы энергоэффективности при применении того или иного

защитного полимерного покрытия на различных участках трубопроводных сетей городов [49].

Таким образом, можно утверждать, что необходимо получение наиболее полных исчерпывающих сведений по современным защитным полимерным покрытиям в области их физико-механических и прочностных характеристик, а также гидравлических характеристик (в плане энергоэффективности). Результатом обработки данных сведений должен стать метод подбора способа реновации трубопроводов для конкретных условий, одновременно учитывающий несколько ключевых факторов последующей эксплуатации трубопровода, в числе которых: прочностные показатели конструкции и сопротивление покрытия внешним и внутренним негативным факторам воздействия, гидравлическое соответствие восстанавливаемых участков сети нормативным показателям работы сетей, а также общая энергетическая и экономическая эффективность проведенной реновации.

Объект исследования. Напорные трубопроводы, восстанавливаемые внутренним защитным набрызговым полимерным покрытием Scotchkote 169НВ (производитель в России: компания "ЗМ-Россия").

Предмет исследования. Проведение испытаний: механических (на универсальной электромеханической разрывной машине Instron 3345), прочностных (на базе компьютерного комплекса Ansys), гидравлических (на базе специального гидравлического стенда), а также компьютерного моделирования (с использованием комплекса Bentley WaterGEMS) защитного полимерного покрытия Scotchkote 169НВ для определения ключевых прочностных и гидравлических характеристик материала покрытия, работающего в системе "трубопровод + защитное покрытие" на реальном объекте.

Научно-техническая гипотеза диссертации. Проведенные экспериментальные исследования с покрытием Scotchkote 169НВ и полученные на их основе зависимости основных прочностных и гидравлических характеристик системы "трубопровод + защитное покрытие", должны послужить доказательством эффективности применения нового типа покрытия

как с прочностной, так и гидравлической точки зрения, в сравнении с другими методами санации.

Цели и задачи работы. Целью работы является комплексный анализ набрызговых и сплошных внутренних полимерных защитных покрытий с оценкой эффективности их применения для обеспечения требуемых прочностных и гидравлических показателей восстанавливаемых распределительных сетей объединенных систем хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения, а также напорных трубопроводов систем водоотведения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Защитные покрытия как фактор обеспечения гидравлических и прочностных показателей водопроводных и водоотводящих трубопроводов»

Задачами работы является:

-изучение мирового опыта применения методов бестраншейной реновации трубопроводов со сравнительным анализом их возможностей по обеспечению требуемых прочностных и гидравлических характеристик восстанавливаемых конструкций напорных трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения;

-изучение физико-механических характеристик защитного набрызгового полимерного покрытия 8со1сЫ«Ле 169НВ на универсальной электромеханической разрывной машине; описание и анализ данных полученных экспериментальным путем и данных, полученных из технических паспортов производителя защитных покрытий;

-исследование прочностных характеристик двухслойной конструкции («труба + защитное покрытие») с помощью моделирования на базе использования различных автоматизированных программных комплексов; интерпретация результатов исследований с разработкой методики подбора и применения защитного полимерного покрытия с альтернативными параметрами при различных исходных характеристиках восстанавливаемого трубопровода;

-проведение стендовых гидравлических испытаний напорных трубопроводов с набрызговым покрытием ЗсФсЫоЛе 169НВ; интерпретация результатов исследований с получением гидравлических характеристик двухслойной трубной конструкции (коэффициентов гидравлического трения и коэффициентов удельного сопротивления);

-проведение исследования изменений гидравлических характеристик реальной водопроводной сети объединённой системы хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения при сквозном уменьшении внутренних диаметров трубопроводов сети при нанесении защитных полимерных покрытий с учётом обеспечения требуемых пожарных расходов;

-технико-экономическая оценка эффективности применения способов бестраншейной реновации трубопроводов с применением покрытий Scotchkote 169НВ и других альтернативных защитных покрытий.

Методологической и теоретической основой исследования послужили труды отечественных и зарубежных ученых в области исследования гидравлических характеристик трубопроводов из различных материалов и с различными нанесенными на их внутреннюю стенку защитными покрытиями, а также труды в области прочностного исследования трубопроводов и исследования физико-механических свойств полимерных материалов.

При проведении экспериментального и аналитического исследований были применены актуальные методы определения физико-механических, прочностных и гидравлических характеристик трубопроводов и наносимых на их внутреннюю поверхность полимерных защитных покрытий. В их числе: проведение механических испытаний материалов с полимерной матрицей, определение изменения физико-механических характеристик трубных конструкций из полимерных материалов (методика Г.К. Клейна), формирование и расчёт модели в среде конечно-элементного анализа Ansys, проведение испытаний на гидравлическом стенде кафедры "Водоснабжение" МГСУ, формирование и расчет модели водопроводной распределительной сети в компьютерной среде Bentley WatetGEMS.

Научная новизна работы:

-на основе данных, полученных в ходе аналитических и экспериментальных испытаний на универсальной электромеханической разрывной машине, разработаны модели прочностного расчёта двухслойной конструкции напорного стального трубопровода и защитных полимерных покрытий (Scotchkote 169НВ и полимерного рукава); получены зависимости прочностных

возможностей двухслойных конструкций, которые позволяют определить наиболее целесообразные и эффективные варианты применения защитных полимерных покрытий (толщина рукава или толщина набрызгового слоя З^сЫаЛе 169НВ), исходя из условий эксплуатации трубопроводов;

-получены эмпирические зависимости коэффициента гидравлического трения и удельного гидравлического сопротивления реконструируемого трубопровода от его нового внутреннего диаметра;

-произведено гидравлическое исследование реальной водопроводной сети города при сквозном уменьшении внутренних диаметров трубопроводной сети на 1 и 2 сортамента с помощью нанесения на внутреннюю поверхность труб покрытий 8со1сЫаЛе 169НВ и защитного полимерного рукава с учетом обеспечения требуемых пожарных расходов. По итогам данного исследования построены кривые изменения ключевых гидравлических характеристик сети (кривые "напора-скорости"), а также получены эмпирические зависимости, показывающие динамику изменений напоров в "пожарных" узлах сети и скоростей движения воды в смежных к данным узлам трубопроводах; Основные положения, выносимые на защиту:

-результаты экспериментальных и аналитических исследований физико-механических характеристик защитных покрытий Б^сЫоЛе 169НВ и полимерного рукава;

-результаты компьютерного моделирования прочностной модели двухслойной конструкции «труба + защитное покрытие» со сквозным дефектом в виде свища, проведенного в системе конечно-элементного анализа Апэуз, а также результаты компьютерного расчета на специальных автоматизированных программных комплексах с учетом внешних дестабилизирующих факторов;

- результаты стендовых гидравлических испытаний в лаборатории МГСУ с представлением ключевых зависимостей определения гидравлических характеристик трубопроводов с защитным покрытием;

-результаты гидравлических исследований (моделирования работы) реальной водопроводной сети города с учетом изменений внутренних диаметров трубопроводов распределительной сети при реновации участков

покрытиями Scotchkote 169НВ и защитным полимерным рукавом, проведенными в среде компьютерного автоматизированного анализа Bentley WaterGEMS;

-технико-экономическая оценка эффективности применения методов реновации напорных трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения с использованием покрытий Scotchkote 169НВ и других покрытий.

Апробация работы. Базовые теоретические положения и результаты прочностных и гидравлических исследований докладывались:

-на Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов "Современные экологически безопасные и энергосберегающие технологии в природопользовании", 26-28 апреля 2011 г., г. Киев.

-на IV Международной Научно-практической конференции "Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях" в рамках XII Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи НТТМ-2012 (призер Премии II степени поддержки талантливой молодежи Минобрнауки за работу "Защитные покрытия как фактор обеспечения прочностных показателей труб"), 26-29 июня 2012 г., г. Москва;

-на 30-ой Международной выставке-конференции по бестраншейным технологиям NO-DIG 2012,10-15 ноября 2012 г., г. Сан-Пауло, Бразилия;

-на XVI Международной межвузовской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Строительство - формирование среды жизнедеятельности", 24-26 апреля 2013 г., МГСУ, г. Москва (Диплом II степени за работу "Прочностной аспект применения напыляемого быстрополимеризующегося защитного покрытия трубопроводов").

Практическая значимость работы состоит в разработке методики выбора защитного покрытия на основе сопоставления прочностных и гидравлических характеристик двух типов покрытий с оценкой возможности локализации ими различного рода дефектов.

Результаты работы внедрены при проектировании и гидравлическом расчете трубопроводов на ряде объектов восстановления водопроводных сетей в городе Москве.

Основные положения диссертации и результаты исследований опубликованы в следующих работах автора:

1*. Аверкеев И. А. Анализ автоматизированных программ расчета водопроводных сетей в целях гидравлического моделирования при реновации трубопроводов / Орлов В.А., Аверкеев И.А. // М.: МГСУ, Вестник МГСУ. 2013. № 3. с. 237-243;

2\ Аверкеев И.А. Поддержание оптимальных гидравлических параметров работы водопроводных сетей в условиях сокращенного водопотребления путем использования бестраншейных технологий/ Орлов В.А., Аверкеев И.А // М.: МГСУ, Вестник МГСУ. 2013. № 4. с. 113-120;

3*. Аверкеев И.А. Гидравлическая составляющая альтернативных материалов труб и защитных покрытий при бестраншейной реновации напорных трубопроводов / Орлов В.А., Аверкеев И.А., Коблова Е.В. // М.: ООО "Издательство ВСТ", Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 6. с. 2226;

4. Аверкеев И.А. Применение полимерного покрытия, обеспечивающего прочность системы / Орлов В.А., Аверкеев И.А. // М.: ООО "Технологии мира", Технологии мира. 2013. № 4. с. 25-27;

5. Аверкеев И.А. Исследование прочностных возможностей защитного покрытия водопроводных труб в период их реновации / Аверкеев И.А., Орлов В.А. // М.: ООО "Издательский дом "ЭкоМедиа" Вода Magazine. 2013. № 5. с. 46-47.

*Статьи в сборниках, рекомендуемых ВАК РФ.

Соответствие специальности. Диссертационная работа соответствует специальности 05.23.04 - «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов».

Личный вклад. Исследования, изложенные в диссертационной работе, выполнены автором, либо при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации:

Диссертация включает введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 75 наименований и приложения.

Глава 1. Анализ мирового опыта применения защитных покрытий для

бестраншейной реновации напорных трубопроводов водоснабжения и

водоотведения

Основываясь на международном опыте классификации способов санации подземных трубопроводов, можно представить следующие типы защитных покрытий труб для водоснабжения и водоотведения[51, 62, 67]:

сплошные набрызговые покрытия (например, цементно-песчаный раствор или полуструктурное полимерное покрытие);

сплошные покрытия в виде полимерных труб и рукавов (например, протяжка гибких полимерных оболочек во внутреннее пространство ветхого трубопровода);

навивочные (ленточные) покрытия (например, навивка спиралевидных полимерных лент на внутреннюю поверхность трубопровода);

точечные покрытия (например, наложение временных или постоянных бандажей на аварийные участки труб).

Каждый из используемых методов отличается специфическими особенностями и имеет свои преимущества, на основе которых определяется соответствующая область их применения для проведения ремонтно-восстановительных работ на сетях водоснабжения и водоотведения [51]. Необходимо отметить, что некоторые методы санации, такие как навивочные и точечные, применяются и для реконструкции сооружений водопроводной и водоотводящей сетей (например смотровых колодцев систем водоснабжения и водоотведения).

В данной главе будут подробно рассмотрены описанные выше методы санации трубопроводов, проведен их анализ, а также представлена постановка задачи исследования наиболее перспективных (из перечисленных) методов

1.1 Покрытия, наносимые набрызговым методом

1.1.1 Цементно-песчаные покрытия

Еще в 40-50-х годах XX века в технической литературе отмечалось, что напыление асбестоцементного покрытия на внутреннюю стенку трубопровода может являться эффективной мерой защиты от различных коррозионных воздействий (наросты ржавчины, биообрастания и т.п.). Чуть позже также для напыления на внутреннюю поверхность трубопровода стали использовать пластмассовую крошку. Однако, данные методы не имели продолжительного применения, поскольку на тот момент были проведены удачные эксперименты по санации труб защитным цементно-песчаным покрытием (ЦПП).

Можно сказать, что покрытия на основе цементно-песчаных растворов широко применяются в мире на протяжении последних 50 лет. Первый опыт Московского водоканала заключался в санации данным типом покрытия стального водовода внутренним диаметром 1200 мм и относится к 1968 году [51].

Проводимые каждые 10 лет на водоводе эксперименты по качественному состоянию цементно-песчаного покрытия свидетельствовали о его стабильности и подтверждали весьма высокую практическую эффективность данного метода санации труб.

Конечно, необходимо отметить, что несмотря на текущую востребованность данного типа защитных покрытий, всё же, покрытия на основе цементно-песчаных растворов постепенно уступают свое место более современным полимерным материалам.

Нанесение цементно-песчаных покрытий на внутреннюю поверхность трубопровода может производиться методом центрифугирования (или центробежного набрызга) с использованием или без специальных

Рис. 1.1 Нанесение ЦПП набрызговым методом Кроме центробежного метода, существует метод облицовки трубопровода покрывающими поршнями. Специальный агрегат, состоящий из двух последовательно установленных поршней, направляется в предварительно очищенный трубопровод. Цементно-песчаный раствор находится между поршнями и периодически, по ходу движения агрегата в трубопроводе, выстреливается на внутреннюю поверхность трубы сжатым воздухом. Наносимый при этом слой составляет порядка 2-4 мм [21].

Стоит отметить, что нанесение ЦПП с помощью данного метода имеет и свои недостатки - для достижения нормативных толщин ЦПП требуется несколько проходок по трубопроводу, что увеличивает продолжительность работ по реновации в среднем в 2-3 раза. Кроме того, поверхность цементно-песчаного покрытия без операций заглаживания становится весьма шершавой, что в значительной степени негативно влияет на гидравлические характеристики трубопровода. Рисунок 1.2 иллюстрирует трубопровод, обработанный методом покрывающих поршней.

Рис. 1.2 Трубопровод с ЦПП, нанесённым методом покрывающих поршней

Вне зависимости от метода нанесения цементно-печсчанного покрытия, необходимо, чтобы для приготовления раствора ЦПП использовался портландцемент марки М500 - ГОСТ 10178-85 и мелкозернистый кварцевый песок, фракционированный по ГОСТ 8736-93 и ТУ 39-1554-91 [51]. Минимальная толщина наносимого слоя определяется диаметром и материалом труб, а максимальная - возрастом трубы, её остаточной толщиной стенки и общей степенью изношенности. Необходимая толщина слоя ЦПП достигается определённой скоростью передвижения агрегата (метательной головки) по трубопроводу при постоянных значениях производительности насоса, подающего цементно-песчаный раствор [21]. На рис. 1.3 представлена иллюстрация разбрызгивающей метательной головки в трубопроводе.

Рис. 1.3 Разбрызгивающая головка в трубопроводе.

Метод нанесения ЦПП может применяться при любой величине залегания трубопровода в грунте и не зависит от типа данных грунтов. Важно отметить, что данный тип санации трубопровода применяется для предупреждения таких

явлений как коррозионные обрастания, абразивный износ и не эффективен при наличии в трубопроводе сквозных повреждений, таких как свищи, трещины, а также при повреждениях стыков труб, поскольку не обеспечивает несущей способности трубопровода^ 1].

Внутренняя поверхность трубопровода должна быть очищена перед нанесением ЦПП. Допускается на поверхности стальных труб слой ржавчины, не более 0,05 мм. При этом не допускается наличие воды в трубопроводе. Толщина слоя ЦПП должна составлять 4 мм для наружных диаметров трубопровода, находящихся в диапазоне 76-133 мм, 5 мм для диаметров 159273 мм, 6 мм для 325 мм и 377 мм, 7 мм для диаметров труб от 426 до 720 мм, 9 мм для 820 мм, 10 для 920 мм, 11 для 1020 мм, 12 для 1220 мм и 1420 мм, 14 для 1620 мм и наконец 16 мм для диаметра трубопровода равному 2020 мм. Допуск по толщине слоя ЦПП для всех случаем может составлять "+2 мм". Для больших диаметров труб (920 - 2020 мм) также допуск может составлять "-1" мм. Данные допуски соответствуют гладкому и прямому трубопроводу. В зоне сварных швов толщина покрытия может уменьшаться до 3 мм, на концах труб допускается уменьшение толщины изоляции до 50% [21].

Работы по нанесению ЦПП должны проводиться при среднесуточной температуре окружающего воздуха не менее 5°С. Нанесенные покрытия, должны отвечать следующим требованиям:

- покрытие должно быть сплошным и разглаженным, при этом допускаются борозды или гребни отклонением по глубине до 1мм (при этом требования по толщине слоя должны выполняться);

- набор прочности до величины, равной 70% должен проходить при температуре покрытия 5-30°С и относительной влажности 90-100%;

- средняя плотность покрытия на любом из участков санированного

Л

трубопровода должна составлять 2200 кг/м , при прочности на сжатие равной 30 МПа в возрасте 3 суток, 35 МПа при 7 сутках и 45 МПа при 28 сутках, что согласуется с требованиями ГОСТ 26633-91 и СНиП 82-02-95[21].

К неоспоримым плюсам данного метода санации трубопроводов можно отнести относительную техническую простоту реализации данного метода и

стоимости, составляющей порядка 30% от стоимости строительства нового трубопровода [62].

После нанесения слоя ЦПП трубопровод может быть пущен в эксплуатацию через 3-5 суток. Покрытие сохраняется стабильным в течении длительного срока эксплуатации (около 50 лет) [51].

Опыт эксплуатации трубопроводов с нанесённым на их внутреннюю поверхность ЦПП показывает, что свойства данного защитного покрытия со временем могут улучшаться. Транспортируемая по защищенному трубопроводу питьевая вода постепенно преобразует гидроокись кальция, присутствующую в свеженанесенной облицовке, в гидрокарбонат кальция. В результате данного процесса с течением времени на границе ЦПП и воды остается всё меньше пор и покрытие становится более плотным.

1.1.2 Быстроотверждаемое полимерное покрытие Scotchkote 169НВ

В 1999 году Британская фирма Е. Wood выпускает на рынок полимерное неструктурное покрытие CoponHycote 169 на основе полиуретана для трубопроводов питьевого водоснабжения. Данное покрытие не дает улучшения структурной целостности трубопровода и способно лишь предохранить трубопровод от несквозных коррозионных дефектов. Однако в 2004 году Е. Wood представила покрытие CoponHycote/Scotchkote 169НВ, которое сразу становится востребованным благодаря своей способности сохранять структурную целостность трубопровода при наличии сквозных дефектов на нём (свищи, трещины). Это является его принципиальным отличием от цементно-песчаных покрытий [55].

Покрытие наносится на внутреннюю поверхность трубопровода путём напыления через специальную насадку. Толщина покрытия за одну проходку может составлять до 5 мм (как правило, наносят слой, толщиной 3 мм). Технология нанесения покрытия включает в себя несколько этапов: прочистка трубопровода (возможны различные методы), TV диагностика, нанесение покрытия (напыление может осуществляться на влажную поверхность, однако

Общая схема проведения технологического процесса нанесения покрытия 8со1сЬко1е 169НВ на внутреннюю поверхность трубопровода, представлена на рисунках 1.4, 1.5, 1.6, 1.7 [16, 55].

Оборудование Стальные

прутки Вода / Шлам Чистящая головка Подача воды

Рис. 1.4 Прочистка трубопровода и зачистка поверхности скребками. Возможна промывка водой высокого давления.

Компрессор

Цилиндр - пыж из вспененного материала

т—Г

Рис. 1.5 Удаление воды и грязи из трубопровода продувкой пыжом или протяжкой резиновых дисков.

Устройство видеозаписи

Видеоконтроллер

Барабан с кабелем

Цветная видеокамера

Рис. 1.6 Видеоконтроль перед нанесением защитного покрытия / Видеоконтроль после отверждения защитного покрытия.

Измерительный насос

Насосы

Барабан со шлангом/ Лебедеа

Резервуары

Воздушилй компрессор и генератор

Рис. 1.7 Напыление внутреннего быстроотверждающегося защитного полимерного покрытия.

Материал изготовления покрытия - 100% нерастворимый алифатический изоцианатный полиуретан. Время гелеобразования (при 25°С) составляет 1 минуту. Время формирования пленки - 2 минуты. Время отверждения (видеовизуальная инспекция) составляет 10 минут. Полное возвращение трубопровода в эксплуатацию возможно через 1 час после нанесения покрытия [55].

Покрытие ЗсогсЫиЛе 169 НВ может наноситься на участки трубопроводов длиной до 200 метров (между котлованами - стартовым и финишным). Диапазон внутренних диаметров труб составляет 75 - 1000 мм. В Москве на данный момент отработана технология на трубопроводах диаметром до 300 мм. Покрытие применяется в основном на стальных и чугунных трубопроводах [55].

На рисунке 1.8 показано нанесение защитного покрытия БсогсЫкЛе 169 НВ в трубопроводе диаметром 920 мм [16].

Шланги подачи компонентов для нанесения защитного покрытия (смола, отвердтгелъ, воздух)

Встроенное устройство смеипватя компонентов защитного покрытия Головка нанесения защитного покрытия Трубопровод

Рис. 1.8 Нанесение покрытия БсхЛсЫаЛе 169НВ на внутреннюю поверхность

трубопровода.

Работы по нанесению покрытия можно производить при температуре трубы от +3°С.

При применении данного покрытия на водоотводящих сетях, требуется тщательная очистка внутренней поверхности трубопровода от жиров, наличие которых не допускается.

Состав покрытия Бсо^ЫоЛе 169 НВ - двухкомпонентный: база и активатор поставляются раздельно в ёмкостях по 12 литров. База - белая тиксотропная жидкость, активатор - черная тиксотропная жидкость. Смешанный материал -двухкомпонентная гомогенная серая смесь с соотношением компонентов 2,5:1. 8со1сЬко1е 169 НВ следует хранить в оригинальной закрытой таре при температуре 0-25 °С. Материал должен быть использован в течение 6 месяцев с даты производства [55].

Оборудование для нанесения покрытия состоит из следующих основных частей: две ёмкости для двух компонентов материала, насосная станция подачи компонентов (при этом обеспечивающей необходимое дозирование

компонентов), распыляющая насадка, соединительные шланги, пульт управления, лебедка подачи насадки.

Типовая машина по нанесению защитного покрытия Бсо^Ькоге 169НВ представлена на рисунке 1.9 [16, 55].

Рис. 1.9 Машина для нанесения защитного быстрополимеризующего

покрытия Зсо^Ькоге 169НВ.

Весьма важен контроль за соблюдением пропорций компонентов материала покрытия при смешивании. На этот случай предусмотрена звуковая сигнализация при отклонении от требуемых пропорций на 5% и полное автоматическое отключение установки при отклонении от пропорций свыше 10%. Компоненты могут храниться в баках машины длительное время, баки и трубопроводы подачи не промываются. Трубопроводы подсоединяются на циркуляцию компонентов в баке. Насадка промывается растворителем № 647 объемом —1,5 л, продукты промывки утилизируется. Смешение компонентов осуществляется непосредственно в насадке перед распылением.

Машина оснащена картой памяти и системой дистанционного управления, позволяющей осуществить дистанционный контроль за работой машины из любой точки мира.

Покрытие 8со1:сЫ«Ле 169НВ имеет санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.01.12.249.П.087516.10.08 от 16.10.2008 г. выданное Управлением Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека в г. Москве, разрешающее нанесение покрытия Бсои^ЫоЛе 169 НВ на внутреннюю поверхность трубопроводов в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения [55].

Проведение санации трубопровода нанесением защитного покрытия Зсои^ЫоЛе 169НВ с точки зрения затрат находится на промежуточной позиции между методом реновации с помощью ЦПП и традиционными методами санации защитными полимерными рукавами (чулками). К примеру, затраты на ремонт трубопровода диаметром 300 мм, составят 3 тыс. руб/п.м., при толщине наносимого слоя, равного 3 мм.

Проблема долговечности и прочности покрытия Б^сЫиЛе 169НВ стоит на особенном месте. Использование нового защитного структурного полимерного покрытия в процесс санации трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения крупных городов предполагает решение задачи по оценке возможностей нового покрытия сопротивляться внешним и внутренним нагрузкам, а также по прогнозу предполагаемого срока службы данного покрытия. Учитывая новизну покрытия и, пока что, относительно малую его распространенность (в сравнении с традиционными методами реновации), говорить о достоверных статистических данных прочности и долговечности покрытия 8со1сЫ«Ле 169НВ, не приходится. В связи с этим, автором диссертации в главах 2 и 3 данной работы будут подробно рассмотрены прочностные возможности, как самого покрытия, так и комплексной модели двуслойной конструкции (труба + покрытие 8со1сЫ«Ле 169НВ). Кроме того, будет дана оценка предполагаемого срока работы защитного покрытия 8со1сЬко1е 169НВ на основе поведения уже исследованных покрытий и трубопроводов.

1.2 Сплошные покрытия в виде полимерных труб и рукавов

Общий принцип реновации ветхих и аварийных трубопроводов водоснабжения и водоотведения сплошными полимерными покрытиями предполагает протаскивание в трубопровод гибкого бесшовного полимерного материала с последующим разжатием рукава. Расправление полимерного материала может происходить под воздействием давления воды, пара или горячего воздуха. При этом новое внутреннее покрытие трубопровода обеспечивает не только его герметичность, но и его структурную целостность и способно сопротивляться различным внешним и внутренним нагрузкам.

В мировой практике можно выделить несколько эффективных методов нанесения сплошных полимерных покрытий на внутреннюю поверхность трубопроводов. Ниже рассмотрены наиболее эффективные и распространённые из них.

1.2.1 Протаскивание гибкой, предварительно сжатой полимерной трубы (Swagelining)

Сущность данного метода санации трубопроводов заключается в протаскивании предварительно сжатой полимерный трубы в искомый ветхий трубопровод. Полимерный трубопровод, имеющий "термическую память", протягивается через пуансон (специальную сужающую матрицу) и направляется в старую трубу с помощью троса и лебедки, которые установлены в следующем по ходу движения колодце (рисунок 1.10) [21].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Аверкеев, Илья Алексеевич, 2013 год

Список литературы

1. Абрамов H.H. / Водоснабжение. Изд. 2-е, перераб. // Стройиздат, 1974, 480 с.

2. Абрамов H.H., Поспелова М.М., Сомов М.А. / Расчёт водопроводных сетей. Изд. 4-е, перераб. // Стройиздат, 1983,278 с.

3. Альтшуль А.Д. / Гидравлические сопротивления // Издательство «Недра», 1982,224 с.

4. Баклашов И.В., Примин О.Г., Орлов В.А., Хренов К.Е./ Прочностной расчет двухслойных конструкций «трубопровод + полимерный рукав// Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 4. С. 27-29.

5. Басов К.A./ Ansys в примерах и задачах // M.: КомпьютерПресс, 2002, 224 с.

6. Белостоцкий A.M., Дубинский С.И., Аул A.A., Афанасьева И.Н., Нагибович А.И. / Верификация 1Ж Ansys Mechanical для задач строительного профиля (в системе РААСН). Опыт и перспективы // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2010. T. 6. № 1-2. C. 70-72.

7. Белостоцкий A.M., Сидоров В.H., Акимов П.А., Кашеварова Г.Г. // Математическое моделирование техногенной безопасности ответственных строительных объектов мегаполисов // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2010. T. 6. № 12. C. 45-64.

8. Белостоцкий A.M. / Численное моделирование напряженно-деформированного состояния и нормативная оценка прочности трубопроводных систем: достижения, проблемы и перспективы // Машиностроение и инженерное образование. 2006, № 3, С. 24-37.

9. Борисов Д.A. Bentley Systems - моделирование и эксплуатация наружных сетей водоснабжения и канализации // Журнал САПР и

графика, 2009, № 5, с. 64-68.

10. Говиндан Ш., Вальски Т., Кук Д. Решения Bentley Systems: гидравлические модели. Помогая принимать лучшие решения // Журнал САПР и графика, 2009, № 4, с. 36-38.

11. ГОСТ 25.601-80 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах.

12. Иванов Е.Н. / Противопожарное водоснабжение // Стройиздат, 1987,297 с.

13. Инструкции по применению 29Р-Е «Нанесение быстрополимеризующегося полимерного покрытия на трубопроводы питьевого водоснабжения на месте проведения ремонтных работ».

14. Клейн Г.К. / Расчёт труб, уложенных в земле // Госстройиздат, Москва, 1957,198 с.

15. Клейн Г.К. / Расчёт подземных трубопроводов // Стройиздат, Москва, 1969, 242 с.

16. Краткий технический справочник Scotchkote/Copon Hycote 169НВ. Система нанесения полуструктурного полимерного внутреннего покрытия // ЗМ Россия, Москва, 2007.

17. Огородникова О.М. / Статический конструкционный анализ в Ansys Workbench. Лекция // 2004.

18. Орлов В.А., Зоткин С.П., Орлов Е.В., Малеева А.В. / Автоматизированная программа оптимизации выбора метода бестраншейного восстановления напорных и безнапорных трубопроводов // РОБТ, № 7, 2011, с. 34-36.

19. Орлов В.А., Аверкеев И.А./ Анализ автоматизированных программ расчета водопроводных сетей в целях гидравлического моделирования при реновации трубопроводов // Вестник МГСУ, 2013, № 3, с. 237-243.

20. Орлов В.А. / Бестраншейное восстановление трубопроводов // Издательство РАН, Энергия: экономика, техника, экология, вып. 4, 2003, с. 33-36.

21. Орлов В.А., Хантаев И.С., Орлов Е.В. / Бестраншейные технологии (учебник) // Издательство АСВ, 2011.

22. Орлов В.А. / Бестраншейные технологии как новое направление в строительстве и ремонте подземных трубопроводов // Строительство и Архитектура, Изд. ВНИИНТПИ Госстроя РФ, Обзорная информация, вып. 2,2004, серия инженерное обеспечение объек-тов строительства, 41 с.

23. Орлов В.А./ Внутренние полимерные покрытия для трубопроводов// Строительные материалы, 2009, № 2, С. 57-59.

24. Орлов В.А. / Восстановление трубопроводов с помощью внутренних защитных покрытий // Промышленное и гражданское строительство-2010, № 1 с. 35-37.

25. Орлов В.А. / Гидравлические исследования и расчет напорных трубопроводов, выполненных из различных материалов // Вестник МГСУ, 2009, №1.

26. Орлов В.А., Аверкеев И.А., Коблова Е.В. / Гидравлическая составляющая альтернативных материалов труб и защитных покрытий при бестраншейной реновации напорных трубопроводов // Водоснабжение и санитарная техника, 2013, № 6, с. 22-26.

27. Орлов В.А. / Защитные покрытия трубопроводов // Научное издание. -М.: Издательство АСВ, 2009, 128 с.

28. Орлов В.А, Орлов Е.В., Шлычков Д.И. / Защитные полимерные покрытия для трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения // Вестник МГСУ, 2009, № 4, с. 167-171.

29. Орлов В.А., Аверкеев И.А. / Исследование прочностных возможностей защитного покрытия водопроводных труб в период их реновации // Вода

Magazine, 2013, № 5, с. 46-47.

30. Орлов В.А. / Лабораторный практикум по реконструкции и восстановлению инженерных сетей // АСВ, 2004,120 с. (Учебное пособие для вузов).

31. Орлов В.А., Зоткин С.П., Коблова Е.В./ Математическое и информационное сопровождение гидравлических экспериментов на трубопроводах// Вестник МГСУ, 2013, № 5, С. 214-219.

32. Орлов В.А./ Определение нагрузок на трубопровод и проверка его несущей способности при бестраншейной реновации сетей// Вестник МГСУ, 2010, № 1, С. 186-194.

33. Орлов В.А., Орлов Е.В. / Остаточный ресурс напорных стальных трубопроводов систем водоотведения // Вестник МГСУ, 2008. №4.

34. Орлов В.А., Харькин В.А. / Оценка гидравлической совместимости участков водоотводящих сетей при использовании бестраншейных технологий восстановления // РОБТ, Изд. ТИМР, 2001, 8, с. 19-23.

35. Орлов В.А., Шлычков Д.И., Коблова Е.В. / Оценка эффективности реновации трубопроводов профильными полимерными трубами и защитными оболочками в условиях возможного теплового расширения и дефектов тела трубы // Вестник МГСУ, 2011, №1.

36. Орлов В.А., Хантаев И.С., Орлов Е.В., Саломеев В.П. / Оценка состояния трубопроводов городских водопроводной и водоотводящей сетей для выбора объекта ремонта или реконструкции // Строительство и Архитектура, Изд. ВНИИНТПИ Госстроя РФ, Обзорная информация, вып. 6, 2006, серия инженерное обеспечение объек-тов строительства, 76-87 с.

37. Орлов В.А., Аверкеев И.А. / Поддержание оптимальных гидравлических параметров работы водопроводных сетей в условиях сокращенного водопотребления путем использования бестраншейных технологий // Вестник МГСУ, 2013, № 4, с. 113-120.

38. Орлов В.А., Орлов Е.В., Пименов A.B./ Подходы к выбору объекта реновации на трубопроводной сети, восстанавливаемой полимерным рукавом// Вестник МГСУ, 2010, № 3, С. 129-133.

39. Орлов В.А., Аверкеев И.А. / Применение полимерного покрытия, обеспечивающего прочность системы // Технологии мира, 2013, № 4, с. 25-27.

40. Орлов В.А./ Программа прочностного расчета трубных конструкций "материал трубопровода + полимерный рукав» и анализ ее работы"// Вестник МГСУ, 2009, № 2, С. 162-166.

41. Орлов В.А., Примин О.Г., Щербаков В.И./ Прочностные характеристики двухслойных конструкций трубопровод - полимерный рукав// Вестник МГСУ, 2012, №2, С. 15-19.

42. Орлов В.А./ Пути обеспечения санитарной надежности водопроводных сетей// Вестник МГСУ, 2009, № 1, С. 181-187.

43. Орлов В.А., Харькин В.А., Зоткин С.П. / Разработка автоматизированной системы поиска оптимального метода бестраншейного восстановления безнапорных трубопроводов // Строительство и Архитектура, Изд. ВНИИНТПИ Госсторя РФ, Экспресс-информация, вып. 6, 2001, серия инженерное обеспечение объек-тов строительства, с. 28-37.

44. Орлов В.А., Зоткин С.П., Орлов Е.В., Малеева A.B./ Разработка алгоритма и автоматизированной программы оптимизации выбора метода бестраншейного восстановления напорных и безнапорных трубопроводов// Вестник МГСУ, 2012, № 4, С. 181-186.

45. Орлов В.А, Харькин В.А. / Разработка стратегии восстановления водоотводящих сетей // Строительство и Архитектура, Изд. ВНИИНТПИ Госстроя РФ, Экспресс-информация, вып. 2, 2001, серия инженерное обеспечение объектов строительства, с. 15-32.

46. Орлов В.А., Шлычков Д.И., Коблова Е.В. / Реновация трубопроводов

как средство энергосбережения при реализации бестраншейных технологий // Вестник МГСУ, 2011, №1.

47. Орлов В.А., Харькин В.А. / Систематизация и анализ патологий водоотводящих сетей // Строительство и Архитектура, Изд. ВНИИНТПИ Госстроя РФ, Экспресс-информация, вып. 3, 2001, серия инженерное обеспечение объек-тов строительства, с. 31-45.

48. Орлов В.А. / Строительство и восстановление водопроводных и водоотводящих сетей бестраншейными методами (часть 1) // Строительство и Архитектура, Изд. ВНИИНТПИ Госстроя РФ, Обзорная информация, вып. 2, 2006, серия инженерное обеспечение объек-тов строительства, 58 с.

49. Орлов В.А., Шлычков Д.И., Коблова Е.В. / Сравнение методов бестраншейной реновации трубопроводов в сфере энергосбережения // Журнал Водоснабжение и канализация, 2011, № 1-2, с. 84-88.

50. Орлов В.А., Орлов Е.В. / Строительство, реконструкция и ремонт водопроводных и водоотводящих сетей бестраншейными методами // Инфра - М, 2007, 221 с.

51. Орлов В.А., Михайлин А.В., Орлов Е.В. / Технологии бестраншейной реновации трубопроводов // Издательство АСВ, 2011.

52. Орлов Е.В., Шлычков Д.И., Орлов В.А. / Автоматизированная программа расчета гидравлических параметров трубопровода при его реновации альтернативными покрытиями // Вестник МГСУ, 2010, № 1.

53. Орлов Е.В., Саломеев В.П., Побегайло Ю.П., Круглова И.С. / Оценка остаточного ресурса напорных стальных трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения // Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций, 2005, № 3-4, с. 25-31.

54. Пособие к СН 550-82. Пособие по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб

55. Руководство по покрытию Сороп Нусо1е 169НВ (8со1сИкхЛе 169НВ) //

56

57,

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

ЗМ Россия, Москва, 2007.

СНиП 2.04.02-84 (2002). Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.

СНиП 2.04.03-85 (2002). Канализация. Наружные сети и сооружения.

Территориальные сметные нормативы для Москвы ТСН-2001 Технический паспорт Scotchkote Rapid Setting Polymeric Lining 169HB

(ранее Copon Hycote 169HB) // ЗМ Россия, Москва, 2010.

Хантаев И.С. / Интенсификация эксплуатации и восстановления безнапорных водоотводящих сетей в условиях больших городов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. // МГСУ, 2007, 20 с.

Храменков C.B., Примин О.Г, Орлов В.А. / Автоматизированная система планирования восстановления трубопроводов городской водопроводной сети // Трубопроводы и экология, 2009, № 3. Храменков C.B., Примин О.Г., Орлов В.А. / Бестраншейные методы восстановления трубопроводов // Прима-Пресс-М, 2002,283 с. Храменков C.B., Примин О.Г., Орлов В.А., Зоткин С.П. / Оценка и прогноз остаточного ресурса трубопроводов // Проекты развития инфраструктуы города. Вып. 7. Технологии раз-вития городского водохозяйственного комплекса. - Сб. научных трудов ГУП «Мосводо-каналНИИпроект». -М.: Прима-Пресс Эхкспо, 2007, с. 96-101. Храменков C.B., Примин О.Г. / Проблемы и пути снижения потерь воды // Водоснабжение и санитарная техника, 2012, № 11, с. 10-14. Храменков C.B., Примин О.Г., Орлов В.А. / Реконструкция трубопроводных систем // АСВ, 2008, 215 с. Храменков C.B. / Стратегия модернизации водопроводной сети // Стройиздат, 2005, 398 с.

Храменков C.B., Орлов В.А., Харькин В.А. / Технологии восстановления трубопроводов бестраншейными методами // АСВ, 2004, 240 с. (Учебное пособие для вузов).

Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. / Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб // ООО Бастет, Москва, 2007,352 с.

69 Шлычков Д.И. /Унификация подхода к определению гидравлических и экономических показателей водопроводных трубопроводов при их бестраншейной реновации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. // МГСУ, 2012, 20 с.

70 Яковлев С.В., Воронов Ю.В. / Водоотведение и очистка сточных вод // АСВ, 2002, 704 с.

71 Яковлев С.В., Ласков Ю.М. / Перекачка ила и осадков сточных вод // Госстройархитиздат, 1961,107 с.

72 G. N. Greaves, A. L. Greer, R. S. Lakes & Т. Rouxel / Poisson's ratio and modern materials // Nature Materials vol.10, 823-837, 2011.

73 Material safety data sheet 3M Scotchkote Rapid Setting Polymeric Lining 169HB // 3M Company, UK, 2012.

74 Technical data sheets for rigid polyurethane foam // General Plastics Manufacturing Company, Tacoma WA USA, 2002-2005.

75 WaterCAD/GEMS V8i, Проектирование и моделирование сети водоснабжения, // Bentley Institute Course Guide, 2011,169 с.

Приложения

Приложение А (к главе 4)

Алгоритм программы VODA 2011

(Автоматизированная программа расчета гидравлических параметров и построения математических зависимостей по результатам стендовых испытаний труб и защитных покрытий)

Цель программы состоит в том, чтобы для соответствующего трубопровода (защитного покрытия) по материалам стендовых экспериментальных исследований:

получить полную и исчерпывающую гамму расчетных значений гидравлических параметров;

построить в автоматизированном режиме графики (кривые), описывающие определенные зависимости (линейную, степенную, логарифмическую и экспоненциальную), в частности, потерь напора h от расхода q, т.е. H=f(q).

Требования к «Входной форме»

1). Наличие ячейки для информации (резерв 70 знаков) о типе трубопровода или защитного покрытия, например:

Труба с защитным покрытием $со1скко1е 169НВ

2). Внутренний диаметр трубопровода (резерв 2 знака до запятой и 5 после запятой) <3?, м, например:

00,00000 м

3). Длина экспериментального участка (резерв 2 знака до запятой и 2 после запятой) 1,м, трубопровода, например:

00,00 м

4). Массив расходов воды Q, м /ч, от 1 до ш, где максимальное значение ш = 20. (резерв 3 знака до запятой и 3 знака после запятой), например:

000,000 м/ч

5). Массив показаний пьезометров Н, см, в начале участка Ннач , см и в конце участка Нкои., см от 1 до п, где максимальное значение может быть равным п = 10;

Эти массивы зарезервированы для каждого расхода от 1 до ш, т.е. например как в таблице А. 1.

Таблица А.1

Расход (от 1 до ш) йь М3/ч Начало экспериментального участка Ннач , см Конец экспериментального участка Нкон., см

При п =1 При п =1

При п =2 При п =2

И т.д. резерв до 10 И т.д. резерв до 10

Расход м3/ч

При п =1 При п =1

При п =2 При п =2

И т.д. резерв до 10 И т.д. резерв до 10

И т.д. резерв до ш = 20

Промежуточные расчетные и переводные формулы 1). Подсчет потерь напора на единицу длины трубопровода, как разница в показаниях пьезометров в начале и конце экспериментального участка последовательно для каждого т (т.е. в диапазоне до 20) для всех п (т.е. в диапазоне до 10), т.е. получение массивов:

ДНтЛ=0,01(#„ач . т ~ Икон, т Затем производится определение среднего значения потерь напора для каждого /я-ного расхода, например:

АН; ср. = (АН/ + АН/ + АН/ + ... .АН/У« ДН2с„ = (АН/ + АН/ + АН/ + ....АН/;/«

Штср. = (АНШ7 + АНМ2 + шт3 + ....АН/;/« И т.д. резерв до 20 значений т

2). Пересчет значений расхода (перевод из м /ч в м /с) в диапазоне всех т:

Чт = £)п/3600 м3/с

3). Подсчет значений скоростей Уш м/с в диапазоне всех т:

Ут — 4дт/яс? м/с

4). Подсчет значений коэффициента гидравлического трения, 1т в диапазоне всех т:

Xm = 2AHmcp.■dg/0,ll■Vm2 — 20-9,81 -АНт Ср.-с1/ 1-¥т 2 = 196,2-АН тср/с1/(1-Ут

2

) (безразмерная величина) Затем расчет среднего значения Яср. т = (Хт} + Хт2 + Лт3 +.....Хщ)/т

Требования к «Выходной форме»

1). Дублирование всей исходной информации, помещенной во входной форме.

2). Распечатка (например, может быть в виде таблицы 2):

-массива расходов qrnt м /с (от 1 до т);

- массива скоростей Кт> м/с (от 1 до т);

- массива средних значений потерь напора АН т ср < м (от 1 до т);

- массива значений гидравлического трения Хт (от 1 до т)

и Хср т,

Номер элемента в массиве ш Величины расходов Ят, М3/С Величины скоростей ¥тм/с Средние величины потерь напора, АН т ср Величины коэффициента гидравлического трения, Хт

1

2

3

ш

Среднее значение коэффициента гидравлического трения Хер. т

Дополнительный подсоединенный блок «Построение графических зависимостей»

Программой предусматривается построение 4 зависимостей ДНт ср = с конкретными указаниями параметров по осям координат:

- ось У - потери напора ДНт ср , м

- ось X - расходы ц, м3/с

Таблица А.З

Результаты расчета стальной трубы с покрытием Scotchkote 169НВ в

программе VODA 2011

Выходная форма

Условия проведения эксперимента Скотч-коут - Аверкеев - 1-ый и 2-ой эксп-ты вместе

Внутренний диаметр тубопровода (м) 0.09520 Дата проведения

эксперимента

Длина экспериментального участка (м) 10.00 20.04.2011

№ Величины Величины Средние величины Величины коэффициента

п/п расходов скоростей потерь напора гидравличесгого трения

q. куб м/с V. м/с АН ср X

1 00018694 026276 0 0018750 0 05072

2 00031694 044549 0 0034500 0 03247

3 00038944 054739 0 0042750 0 02665

4 00043861 061650 0 0052250 0 02568

5 00047750 067117 0 0058500 0 02426

в 00053500 075199 0 0061500 0 02031

7 00056583 079532 0 0065250 0 01927

8 00080861 085545 0 0073750 0 01882

9 00065667 092300 0 0102750 0 02253

10 00071000 099798 0 0097750 0 01833

11 00077333 1 08698 00121000 001913

12 00079811 111900 0 0135000 0 02014

13 00080917 113736 00131500 0 01899

14 00083833 117834 0 0136250 0 01833

15 00092944 130640 0 0163250 0 01787

16 00093472 1 31383 0 0163500 0 01769

17 00098250 1 38099 0 0182750 0 01790

18 00106611 1 49851 0 0226750 0 01886

19 00108583 152622 0 0218250 0 01750

20 00113222 159143 0 0265250 0 01956

21 00119889 168514 0 0266500 0 01753

22 00121167 1 70310 0 0254500 0 01639

23 00125861 1 76908 0 0283250 0 01690

24 00131750 1 851 № 0 0309750 0 01687

26 00148194 208299 0 0446500 0 01922

2$ 00161806 227432 0 0478750 0 01729

27 00174222 244883 0 0525750 0 01638

28 00187028 2.62883 00591250 001598

29 00200250 281468 00659500 001555

30 00213417 299975 0 0732250 0 01520

31 00223500 314148 0 0799000 0 01512

32 00237056 333202 0 (»96250 0 01508

33 00248556 349366 00981250 0 01502

34 00260139 365647 0 1 071500 0 01497

Среднее значение коэффициента гидравлического трения X ср 0.01977

Приложение Б (к главе 5)

Основные характеристики трубопроводной сети города

Обозначение Диаметр (тш) Материал Коэф. Экв. Шероховатости (тш) Длина (ш)

Труба 1 400,0 Сталь 0,500 70,19

Труба2 400,0 Сталь 0,500 108,50

ТрубаЗ 400,0 Сталь 0,500 383,00

Труба4 200,0 Сталь 0,500 163,50

Труба5 400,0 Сталь 0,500 15,00

Трубаб 400,0 ВЧШГ 0,500 94,40

Труба7 300,0 ВЧШГ 0,500 132,05

Труба8 300,0 ВЧШГ 0,500 108,65

Труба9 300,0 ВЧШГ 0,500 37,20

ТрубаЮ 300,0 ВЧШГ 0,500 323,10

Труба11 300,0 ВЧШГ 0,500 75,80

Труба12 300,0 ВЧШГ 0,500 25,00

Труба13 300,0 Чугун Серый 0,500 173,40

Труба14 300,0 Чугун Серый 0,500 490,40

Труба15 300,0 Чугун Серый 0,500 55,00

Труба16 400,0 Сталь 0,500 131,37

Труба17 400,0 Сталь 0,500 305,84

Труба18 400,0 Сталь 0,500 493,70

Труба19 400,0 Сталь 0,500 173,18

Труба20 400,0 Сталь 0,500 143,86

Труба21 400,0 Сталь 0,500 37,83

Труба22 400,0 Сталь 0,500 113,30

Труба23 400,0 Сталь 0,500 69,57

Труба24 400,0 Сталь 0,500 376,18

Труба25 400,0 Сталь 0,500 159,60

Труба26 400,0 Сталь 0,500 64,25

Труба27 400,0 Сталь 0,500 63,35

Труба28 400,0 Сталь 0,500 67,15

Труба29 300,0 Сталь 0,500 122,46

ТрубаЗО 300,0 Сталь 0,500 1,00

ТрубаЗ1 300,0 ВЧШГ 0,500 40,00

Труба32 300,0 ВЧШГ 0,500 1,00

ТрубаЗ3 400,0 Сталь 0,500 71,40

Труба34 400,0 Сталь 0,500 1,00

Величины узловых отборов по водопроводной сети

Узел Узловой отбор, л/с

Узел1 0,00

Узел2 0,41

УзелЗ 2,23

Узел4 12,91

Узел5 0,00

Узелб 0,00

Узел7 0,00

Узел8 1,44

Узел9 0,68

Узел10 3,68

Узел11 18,80

Узел 12 0,00

Узел 13 1,44

Узел14 4,81

Узел 15 0,32

Узел16 8,98

Узел 17 11,40

Узел18 0,00

Узел19 2,96

Узел20 8,85

Узел21 0,00

Узел22 5,89

Узел23 6,66

Узел24 2,48

Узел25 0,00

Приложение В (к главе 5) Результаты расчёта реальной водопроводной сети при расходе на

пожар 0 л/с:

Таблица В.1

Обозначение Диаметр (mm) Материал Скорость (m/s) Потери напора (т) Расход по трубопроводу (1/5) Кэ (mm)

Труба1 400,0 Сталь 0,22 0,01 27,11 0,500

Труба2 400,0 Сталь 0,10 0,00 11,95 0,500

ТрубаЗ 400,0 Сталь 0,08 0,01 9,72 0,500

Труба4 200,0 Сталь 0,01 0,00 0,46 0,500

Труба5 400,0 Сталь 0,04 0,00 5,07 0,500

Трубаб 400,0 ВЧШГ 0,03 0,00 3,41 0,500

Труба7 300,0 ВЧШГ 0,03 0,00 2Д1 0,500

Трубав 300,0 ВЧШГ 0,01 0,00 0,67 0,500

ТрубаЭ 300,0 ВЧШГ 0,00 0,00 0,01 0,500

ТрубаЮ 300,0 ВЧШГ 0,05 0,00 3,69 0,500

ТрубаИ 300,0 ВЧШГ 0,32 0,03 22,49 0,500

Труба12 300,0 ВЧШГ 0,47 0,02 33,14 0,500

Труба13 300,0 Чугун Серый 0,15 0,02 10,65 0,500

Трубам 300,0 Чугун Серый 0,08 0,02 5,84 0,500

Труба15 300,0 Чугун Серый 0,08 0,00 5,52 0,500

Труба1б 400,0 Сталь 0,07 0,00 8,48 0,500

Труба17 400,0 Сталь 0,00 0,00 0,50 0,500

Труба18 400,0 Сталь 0,09 0,02 11,90 0,500

Труба19 400,0 Сталь 0,09 0,00 11,20 0,500

Труба20 400,0 Сталь 0,07 0,00 8,24 0,500

Труба21 400,0 Сталь 0,00 0,00 0,61 0,500

Труба22 400,0 Сталь 0,07 0,00 8,86 0,500

Труба23 400,0 Сталь 0,12 0,00 14,75 0,500

Труба24 400,0 Сталь 0,07 0,01 8,26 0,500

Труба25 400,0 Сталь 0,02 0,00 2,73 0,500

Труба26 400,0 Сталь 0,18 0,01 23,10 0,500

Труба27 400,0 Сталь 0,24 0,01 29,76 0,500

Труба28 400,0 Сталь 0,26 0,01 32,24 0,500

Труба29 300,0 Сталь 0,38 0,08 27,11 0,500

ТрубаЗО 300,0 Сталь 0,38 0,00 27,11 0,500

Труба31 300,0 ВЧШГ 0,49 0,04 34,58 0,500

Труба32 300,0 ВЧШГ 0,49 0,00 34,58 0,500

ТрубаЗЗ 400,0 Сталь 0,26 0,01 32,24 0,500

Труба34 400,0 Сталь 0,26 0,00 32,24 0,500

Таблица В.2

Обозначение Узловой отбор Свободный напор

Ш (т)

Узел1 0,00 39,56

Узел2 0,41 39,55

УзелЗ 2,23 33,55

Узел4 12,91 30,54

Узел5 0,00 36,54

Узелб 0,00 36,54

Узел7 0,00 33,54

Узел8 1,44 31,54

УзелЭ 0,68 30,54

УзелЮ 3,68 31,54

Узел11 18,80 48,54

Узел12 0,00 49,58

Узел13 1,44 48,60

Узел14 4,81 49,56

Узел15 0,32 37,54

Узел16 8,98 35,54

Узел17 11,40 43,54

Узел18 0,00 43,55

Узел19 2,96 40,55

Узел20 8,85 40,55

Узел21 0,00 40,55

Узел22 5,89 40,55

Узел23 6,66 49,56

Узел24 2,48 52,57

Узел25 0,00 55,58

Результаты расчёта реальной водопроводной сети при расходе на

пожар 110 л/с:

Таблица ВЗ

Обозначение Диаметр (тт) Материал Скорость (т/5) Потери напора (ш) Расход по трубопроводу (1/5) Кэ (тт)

Труба1 400,0 Сталь 0,47 0,04 59,17 0,500

Труба2 400,0 Сталь 0,23 0,02 29,37 0,500

ТрубаЗ 400,0 Сталь 0,22 0,05 27,14 0,500

Труба4 200,0 Сталь 0,06 0,01 2,00 0,500

Труба5 400,0 Сталь 0,33 0,00 41,43 0,500

Трубаб 400,0 ВЧШГ 0,35 0,03 44,46 0,500

Труба7 300,0 ВЧШГ 0,28 0,05 20,02 0,500

Труба8 300,0 ВЧШГ 0,30 0,04 21,46 0,500

Труба9 300,0 ВЧШГ 0,31 0,02 22,14 0,500

ТрубаЮ 300,0 ВЧШГ 0,37 0,18 25,82 0,500

ТрубаИ 300,0 ВЧШГ 0,63 0,12 44,62 0,500

Труба12 300,0 ВЧШГ 1,05 0,11 74,19 0,500

Труба13 300,0 Чугун Серый 0,42 0,13 29,57 0,500

Трубам 300,0 Чугун Серый 0,35 0,25 24,76 0,500

Труба15 300,0 Чугун Серый 0,35 0,03 24,44 0,500

Труба16 400,0 Сталь 0,68 0,17 85,89 0,500

Труба17 400,0 Сталь 0,26 0,06 33,09 0,500

Труба18 400,0 Сталь 0,35 0,18 44,49 0,500

Труба19 400,0 Сталь 0,12 0,01 15,51 0,500

Труба20 400,0 Сталь 0,10 0,00 12,55 0,500

Труба21 400,0 Сталь 0,03 0,00 3,70 0,500

Труба22 400,0 Сталь 0,19 0,01 23,50 0,500

Труба23 400,0 Сталь 0,23 0,01 29,39 0,500

Труба24 400,0 Сталь 0,22 0,05 27,20 0,500

Труба25 400,0 Сталь 0,10 0,01 12,23 0,500

Труба26 400,0 Сталь 0,48 0,04 60,00 0,500

Труба27 400,0 Сталь 0,53 0,05 66,66 0,500

Труба28 400,0 Сталь 0,55 0,06 69,14 0,500

Труба29 300,0 Сталь 0,84 0,34 59,17 0,500

ТрубаЗО 300,0 Сталь 0,84 0,00 59,17 0,500

ТрубаЗ! 300,0 ВЧШГ 1,07 0,18 75,63 0,500

Труба32 300,0 ВЧШГ 1,07 0,00 75,63 0,500

ТрубаЗЗ 400,0 Сталь 0,55 0,06 69,14 0,500

Труба34 400,0 Сталь 0,55 0,00 69,14 0,500

Таблица В.4

Обозначение Узловой отбор Свободный напор

(ив) (т)

Узел1 0,00 39,13

Узел2 0,41 39,09

УзелЗ 2,23 33,07

Узел4 12,91 30,01

Узел5 0,00 36,01

Узелб 0,00 36,00

Узел7 0,00 33,04

Узел8 1,44 31,08

Узел9 0,68 30,13

УзелЮ 3,68 31,14

УзелИ 18,80 48,32

Узел12 0,00 49,44

Узел13 1,44 48,55

Узел14 4,81 49,32

Узел15 0,32 37,06

Узел16 118,98 34,83

Узел17 11,40 42,89

Узел18 0,00 43,07

Узел19 2,96 40,07

Узел20 8,85 40,06

Узел21 0,00 40,06

Узел22 5,89 40,07

Узел23 6,66 49,12

Узел24 2,48 52,17

Узел25 0,00 55,23

Результаты расчёта реальной водопроводной сети при расходе на

пожар 110+40 л/с:

Таблица В.5

Обозначение Диаметр (тт) Материал Скорость (т/5) Потери напора (ш) Расход по трубопроводу 0/8) Кэ (тт)

Труба1 400,0 Сталь 0,56 0,06 70,77 0,500

Труба2 400,0 Сталь 0,30 0,03 38,06 0,500

ТрубаЗ 400,0 Сталь 0,29 0,09 35,83 0,500

Труба4 200,0 Сталь 0,10 0,01 3,09 0,500

Труба5 400,0 Сталь 0,49 0,01 61,64 0,500

Трубаб 400,0 ВЧШГ 0,15 0,01 19,39 0,500